典型工况下分布式电动汽车的垂向性能分析及其优化

【摘要】： 随着对环境污染和能源消耗问题的重视,电动汽车已成为车辆产业重要的发展趋势之一。轮毂电机驱动的分布式电动汽车,因具有能源空间利用率高和可控自由度高等优点,成为近年来广泛研究的热点。无论是传统汽车还是电动汽车,都是以技术发展的关键需求为导向,即要保证车辆各项性能符合技术及安全标准。然而安装轮毂电机后不仅会导致非簧载质量增大,还会产生电磁激励负效应,二者都会导致整车系统垂向性能受到负面影响,行驶安全亦存在隐患。现有研究大多是针对其某一项缺点,因此引入轮毂电机对电动汽车垂向性能影响的综合分析是有必要的,对后续深入研究和设计优化方案具有意义。本文的主要内容如下:在不考虑电磁激励的情况下,单独探究非簧载质量增加在典型工况下对电动汽车垂向性能的影响,拟定符合动力学指标的整车基本参数,完成电机和电池选型及参数匹配。搭建单轮垂向振动模型,分别分析非簧载质量增加、不同车速下和不同路面等级下,轮毂电机驱动分布式电动汽车的垂向振动响应,得出轮毂电机的引入主要对车轮动载荷和车轮垂向振动加速度造成了明显的不利影响,而对悬架动挠度的影响不大的结论。搭建整车七自由度垂向振动模型,对比现有的电机质量、0.9倍电机质量和0.8倍电机质量时的时域响应曲线,得到对于车轮内含有轮毂电机的电动车轮进行轻量化设计,是优化电动汽车性能的方案之一的结论。接下来分析了不平衡电磁力产生的原理,在整车七自由度模型的基础之上,考虑到电机轴承刚度的存在,建立了整车十一自由度垂向振动模型,研究了路面激励与不平衡电磁力的双激励输入对汽车垂向动力学的影响。结果表明,不平衡电磁力作为轮毂电机的内力,会导致轮毂电机定转子的偏心加剧,在车速较低时还会导致汽车发生共振现象,进一步恶化电动汽车的行驶平顺性和安全性能。最后,为改善典型工况下轮毂电机对分布式电动汽车垂向性能的影响,建立悬架优化模型,以车身垂向振动加速度、车轮动载荷、电机垂向振动加速度三者均方根值之和最小为优化目标,以电机最大垂向位移为约束条件,应用粒子群算法优化电机悬架参数,优化后的各项指标均得到明显的改善,提高了轮毂电机驱动分布式电动汽车的垂向性能。